저널 베어링은 샤프트와 베어링이 윤활유를 사이에 두고 서로 미끄러지는 유체윤활 상태에서 운동하고 있으며, 넓은 마찰 면에 하중을 분산하여 받기 때문에 큰 힘을 받을 수 있다. 저널 베어링이 유체 윤활 상태에서 원활한 동작으로 운전되기 위해서는 저널 베어링의 표면에 오일 구멍이나 오일 홈을 더하여 베어링 틈새로 충분한 윤활유가 공급되어야 한다. 이러한 급유 홈의 형상이나 크기 및 급유 위치에 따라 베어링의 성능이 달라진다. 따라서 본 연구에서는 여러 급유 조건 중 저널 베어링의 오일 홈의 형상(삼각형, 사각형, 반원형)에 따른 유량을 측정하여, 어느 형상에서 가장 많은 유량을 토출하는지 알아봄으로써, 저널 베어링을 설계하는데 최적의 성능을 나타내는 홈의 형태를 파악하고자 하였다. 온도가 낮을수록 유량이 많으며, 회전수가 높아질수록 온도의 영향이 작아지고, 삼각형의 오일 홈일 때 유량이 가장 많은 것으로 나타났다.
저널 베어링은 샤프트와 베어링이 윤활유를 사이에 두고 서로 미끄러지는 유체윤활 상태에서 운동하고 있으며, 넓은 마찰 면에 하중을 분산하여 받기 때문에 큰 힘을 받을 수 있다. 저널 베어링이 유체 윤활 상태에서 원활한 동작으로 운전되기 위해서는 저널 베어링의 표면에 오일 구멍이나 오일 홈을 더하여 베어링 틈새로 충분한 윤활유가 공급되어야 한다. 이러한 급유 홈의 형상이나 크기 및 급유 위치에 따라 베어링의 성능이 달라진다. 따라서 본 연구에서는 여러 급유 조건 중 저널 베어링의 오일 홈의 형상(삼각형, 사각형, 반원형)에 따른 유량을 측정하여, 어느 형상에서 가장 많은 유량을 토출하는지 알아봄으로써, 저널 베어링을 설계하는데 최적의 성능을 나타내는 홈의 형태를 파악하고자 하였다. 온도가 낮을수록 유량이 많으며, 회전수가 높아질수록 온도의 영향이 작아지고, 삼각형의 오일 홈일 때 유량이 가장 많은 것으로 나타났다.
As journal bearing has a sliding motion between the shaft and bearing with lubricating oil, it produces a hydrodynamic lubrication condition. Journal bearing can receive a large force because it takes a distributed load at the large friction face. As the oil groove or oil hole is made in the journal...
As journal bearing has a sliding motion between the shaft and bearing with lubricating oil, it produces a hydrodynamic lubrication condition. Journal bearing can receive a large force because it takes a distributed load at the large friction face. As the oil groove or oil hole is made in the journal bearing surface for the journal bearing smoothly working under a hydrodynamic lubrication condition, sufficient lubricating oil is supplied through the clearance of journal bearing. The performance of the journal bearing is changed according to the shapes, sizes and positions of an oil groove. In this paper, the flow rate according to the oil groove shapes (triangle, semicircle and rectangle) among the various oil supply conditions was measured. The shape that discharges the highest flow rate was observed and the groove shape of optimal performance for the journal bearing was determined. The results showed that the flow rate increases with decreasing operating temperature, the influence of temperature on the flow rate decreased with increasing rotational speed, and flow rate in the triangular groove shape was greater than in other shapes.
As journal bearing has a sliding motion between the shaft and bearing with lubricating oil, it produces a hydrodynamic lubrication condition. Journal bearing can receive a large force because it takes a distributed load at the large friction face. As the oil groove or oil hole is made in the journal bearing surface for the journal bearing smoothly working under a hydrodynamic lubrication condition, sufficient lubricating oil is supplied through the clearance of journal bearing. The performance of the journal bearing is changed according to the shapes, sizes and positions of an oil groove. In this paper, the flow rate according to the oil groove shapes (triangle, semicircle and rectangle) among the various oil supply conditions was measured. The shape that discharges the highest flow rate was observed and the groove shape of optimal performance for the journal bearing was determined. The results showed that the flow rate increases with decreasing operating temperature, the influence of temperature on the flow rate decreased with increasing rotational speed, and flow rate in the triangular groove shape was greater than in other shapes.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 여러 급유 조건 중 저널 베어링의 오일 홈(oil groove)의 형상에 따른 유량의 변화를 실험을 통하여 살펴봄으로써, 저널 베어링을 설계하는데 최적의 성능을 나타내는 홈의 형태를 파악하고자 하였다.
본 논문에서는 그루브가 있는 저널 베어링에서 그루브의 형상에 따른 유량 변화를 측정하여 비교함으로써 최적의 성능을 나타내는 홈의 형태를 파악하고자 하였다. 또한 오일의 온도, 베어링의 회전 속도에 따른 유량 변화를 측정함으로써 최적 유량을 나타내는 조건을 파악하고자 하였으며, 실험 결과를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
본 연구에서는 위와 같은 실험 장치를 이용하여 그루브의 형상이나 회전 속도 및 오일의 온도에 따른 유량의 변화를 측정·비교하였다. 이때 그루브 형상, 샤프트의 회전속도, 오일 온도의 범위는 Table 3과 같이 설정하였다.
상기의 조건에서 샤프트의 회전속도와 그루브의 형상에 변화를 주면서 저널 베어링의 축방향 유량 특성을 살펴보았다.
대상 데이터
이때 그루브의 형상은 Fig. 5와 같이 3가지 형상(반원, 사각형, 삼각형)으로 제작하여 실험하였으며, 이때 3가지 그루브의 단면적은 동일하게 설정하고 형상만 변화를 주었다.
성능/효과
3. 세 가지 형상의 그루브에서 모두 오일의 온도가 낮을수록 많은 유량을 보였으며 사각형의 그루브 형상보다는 삼각형이나 반원형의 형상이 유량이 많았음을 확인할 수 있었으며, 삼각형 그루브가 온도에 더 민감하다는 것을 확인하였다.
2. 낮은 회전수에서는 그루브 형상에 따른 유량의 차이가 크지 않았지만, 회전수가 높아질수록 유량 차이는 더 커졌다. 특히 사각형의 경우는 두 형상과 큰 차이를 보이며 토출유량이 작다는 것을 확인할 수 있었다.
1. 낮은 회전수에서는 온도의 영향을 상대적으로 많이 받지만 회전수가 높아짐에 따라 온도의 영향은 크지 않은 것을 확인하였다. 이는 회전수가 낮아질수록 점도가 어느 정도 존재하는 편이 유량을 토출하는데 있어 더 좋은 효과를 갖는다고 할 수 있다.
낮은 회전수에서는 그루브 형상에 따른 유량의 차이가 크지 않았지만, 회전수가 높아질수록 유량 차이는 더 커졌다. 특히 사각형의 경우는 두 형상과 큰 차이를 보이며 토출유량이 작다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 유량 감소율은 오히려 회전수가 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다.
후속연구
이상의 결과로부터 그루브가 있는 저널 베어링에서, 그루브 형상, 오일의 온도, 회전속도 등에 따른 영향을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과들은 최적의 저널 베어링을 설계하는데 활용이 가능할 것으로 여겨진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 볼이나 롤러 베어링을 저널 베어링으로 대체하는 흐름이 증가하는 이유는 무엇인가?
최근 회전계는 고속화, 소형화 및 우수한 진동 특성 등의 요구 조건들을 만족시키기 위해 볼이나 롤러 베어링을 저널 베어링으로 대체하는 흐름이 증가하고 있다. 볼베어링이나 롤러 베어링을 사용하지 않는 이유는 베어링의 크기가 상대적으로 크고, 볼과 롤러의 접촉 부분인 점 또는 선에 하중이 집중되어 응력집중이 발생하기 때문이다.
베어링의 설계 시 베어링의 성능을 정확하게 파악하기 위해서는 급유조건을 파악하는 것이 필수적인 이유는 무엇인가?
저널 베어링이 유체 윤활 상태에서 원활한 동작으로 운전되기 위해서는 저널 베어링의 표면에 오일구멍(oil hole)이나 오일 홈(oil groove)을 더하여 베어링틈새로 충분한 윤활유가 공급되어야 한다. 이러한 급유홈의 형상이나 크기 및 급유 위치에 따라 베어링의 성능은 달라진다. 그러므로 베어링의 설계 시 베어링의 성능을 정확하게 파악하기 위해서는 이러한 급유조건을 파악하는 것이 필수적이다.
볼베어링이나 롤러 베어링을 사용하지 않는 이유는 무엇인가?
최근 회전계는 고속화, 소형화 및 우수한 진동 특성 등의 요구 조건들을 만족시키기 위해 볼이나 롤러 베어링을 저널 베어링으로 대체하는 흐름이 증가하고 있다. 볼베어링이나 롤러 베어링을 사용하지 않는 이유는 베어링의 크기가 상대적으로 크고, 볼과 롤러의 접촉 부분인 점 또는 선에 하중이 집중되어 응력집중이 발생하기 때문이다. 하지만 저널 베어링은 윤활유를 사이에 두고 넓은 면에 하중을 분산하여 받기 때문에 큰 힘을 받을 수 있다.
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